Оценка энергоэффективности жилого здания по результатам энергоаудита Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-технический и производственный журнал

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

УДК 699.86

С.В. КОРНИЕНКО, канд. техн. наук ([email protected]), Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Оценка энергоэффективности жилого здания по результатам энергоаудита

Проведен энергоаудит жилого здания, результаты которого использованы для оценки его энергоэффективности. Установлено, что обследованное здание соответствует нормативному требованию (класс энергоэффективности - С). Результаты энергоаудита использованы для верификации методики расчета энергетических показателей здания за отопительный период, разработанной автором. Намечены пути повышения энергоэффективности здания.

Ключевые слова: энергоэффективность, энергоаудит, энергетический паспорт здания.

Одним из приоритетных направлений в современном строительстве является энергосбережение и повышение энергоэффективности зданий. Эта задача, отраженная в многочисленных правовых и нормативно-технических документах, может быть реализована путем совершенствования архитектурно-планировочных, конструктивных и инженерно-технических решений.

В разработку энергетической концепции проектирования зданий большой вклад внесли В.Н. Богословский, Ю.А. Табунщиков, В.К. Савин, В.Г. Гагарин, К. Оегйэ и другие ученые [1-6].

Автором разработана методика расчета энергетических показателей здания [7-9], реализованная в компьютерной программе [10]. Данная методика позволяет производить расчет энергозатрат с учетом всех составляющих энергопотребления здания за отопительный период. Другим преимуществом методики является возможность определения структуры трансмиссионных теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций.

В данной статье выполнена оценка энергоэффективности жилого здания по результатам энергоаудита, использованным для тестирования (верификации) указанной методики.

Объектом исследования является жилое многоквартирное здание, расположенное в Волгограде. Здание имеет Г-образную форму в плане. Количество этажей 21-23. Количество секций 3. Количество квартир 234. Здание имеет отапливаемый подвал, в котором размещаются автостоянка (паркинг) и помещения инженерно-технического назначения. На первом этаже здания находятся офисные помещения, на чердаке - инженерные коммуникации. Общая площадь здания 25776 м2, отапливаемый объем 87000 м3.

Конструктивная система здания каркасная, с монолитным железобетонным каркасом. Наружные стены выполнены из газобетонных блоков с облицовкой кирпичной кладкой и поэтажным опиранием на перекрытия. Окна и балконные двери выполнены из однокамерных стеклопакетов (с низкоэмиссионным покрытием стекла) в ПВХ-переплетах. Покрытие, перекрытия над подвалом и под эркерами имеют эффективный утеплитель.

Теплоснабжение здания осуществляется от централизованного источника тепла (тепловых сетей). Система отопления двухтрубная с поквартирной горизонтальной разводкой, отопительные приборы (конвекторы) имеют встроенные терморегуляторы. Система вентиляции квартир естественная, с притоком воздуха через регулируемые оконные створки и удалением воздуха из кухонь, уборных, ванных комнат и совмещенных санузлов через вытяжные каналы. Инженерные системы здания оснащены приборами учета тепловой энергии, холодной и горячей воды, а также электрической энергии. На момент проведения энергоаудита продолжительность эксплуатации здания составила около пяти лет.

В ходе проведенного обследования установлено, что наружные ограждающие конструкции здания находятся в состоянии, обеспечивающем в целом нормальную эксплуатацию объекта в отопительный период. Окна, балконные и входные двери имеют уплотняющие прокладки в притворах. Требуемые по ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» параметры обеспечены. Вместе с тем в ряде квартир зафиксировано неплотное примыкание притворов светопрозрачных ограждающих конструкций окон и балконных дверей, а также наружных дверей в лестнично-лифтовых узлах, что может привести к избыточным тепловым потерям вследствие инфильтрации воздуха через теплозащитную оболочку здания и снижению его энергоэффективности.

Измерение и регистрация параметров энергопотребления здания выполнены экспресс-методом в течение двух недель с 22.12.2011 по 04.01.2012 г. Мониторинг расходов тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение производился в автоматическом режиме один раз в сутки по общедомовому теплосчетчику. Измерение расхода электроэнергии производилось поквартирно, с учетом показаний общедомового счетчика. Результаты измерений расхода тепловой энергии здания приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что расход тепловой энергии на отопление здания изменяется от 3,841 • 107 кДж/сут 28.12.2011 г. до 5,965• 107 кДж/сут 03.01.2012 г., что связано с колебани-

62012

19

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Результаты измерений расхода тепловой энергии здания

Таблица 1

№ п.п. Календарная дата Температура наружного воздуха, оС Фактический расход тепловой энергии, х107 кДж/сут

на отопление на горячее водоснабжение общий

1 22.12.2011 +1,2 4,402 1,416 5,818

2 23.12.2011 -1,6 4,761 1,42 6,181

3 24.12.2011 -0,8 4,889 1,445 6,334

4 25.12.2011 -2,9 5,51 1,506 7,016

5 26.12.2011 -3,8 5,776 1,46 7,236

6 27.12.2011 +0,8 4,355 1,363 5,718

7 28.12.2011 +2,5 3,841 1,461 5,302

8 29.12.2011 -1,6 5,052 1,493 6,545

9 30.12.2011 -2,6 5,278 1,437 6,714

10 31.12.2011 -0,1 4,394 1,613 6,008

11 01.01.2012 -1,2 5,087 1,38 6,467

12 02.01.2012 -1,1 5,225 1,323 6,548

13 03.01.2012 -4,6 5,965 1,46 7,426

14 04.01.2012 -2,2 5,476 1,308 6,784

ями температуры наружного воздуха. Колебания расхода тепловой энергии на горячее водоснабжение незначительны и определяются главным образом привычками и бытом жильцов.

Результаты измерений расхода электрической энергии здания приведены в табл. 2.

Используем полученные данные для расчета энергопотребления здания за отопительный период.

Удельное потребление тепловой энергии на отопление здания определяем на основе ГОСТ 31168-2003 «Здания жилые. Метод определения удельного потребления энергии на отопление» при температуре внутреннего воздуха ! ш = 22оС, принятой согласно ГОСТ 30494-96 по верхней границе комфортных условий.

Общие теплопотери через наружные ограждающие конструкции оболочки здания за 1-е сутки О[, Вт, определяются на основе теплового баланса здания по формуле:

о; =

Дт

(1)

где О м - средний за 1-е сутки расход тепловой энергии на отопление здания, кДж/сут (табл. 1); V - коэффициент, учи-

Таблица 2

Результаты измерений расхода электрической энергии здания

Потребитель электрической энергии Фактический расход электрической энергии, кВтч/мес

по секциям общий

1 2 3

Квартиры 21396 25698 26568 73662

Лифты 3156 3249 3096 9501

Искусственное освещение в местах общего пользования 632 490 65 1187

Паркинг 3540

Подвал 842

Насосная 594

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) 4545

Потери 100

Итого 93971

тывающий способность ограждающих конструкций аккумулировать или отдавать теплоту (по СНиП 23-02-2003 v=0,8); С, - коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления (по СНиП 23-022003 £=1); О^ - средние бытовые тепловыделения, кДж/сут; О!. - средние теплопоступления в здание от солнечной радиации, кДж/сут; Ах = 24 ч/сут.

В формуле (1) средние бытовые тепловыделения складываются из тепловыделений от бытовых приборов квартир и тепловыделений от людей, одновременно находящихся в здании (Ош = 1,161 • 107 кДж/сут). Тепловыделения от бытовых приборов квартир 01т = 8,554 • 106 кДж/сут определены на основании фактического расхода электрической энергии (табл. 2) с пересчетом в кДж/сут. Тепловыделения от людей О||и2 = 3,059 • 106 кДж/сут определены из расчета фактического заселения квартир п, = 0,65, тепловыделений одного взрослого человека От1 = 419 кДж/(ч • чел), среднего числа людей, проживающих в одной квартире, Ыт = 2 (согласно экспертной оценке), общего числа квартир в доме Ы, = 234.

Средние теплопоступления в здание от солнечной радиации Оз = 7,948 • 106 кДж/сут определены по методике [9] на основе статистической обработки многолетних климатических данных по суммарной солнечной радиации при средних условиях облачности методом наименьших квадратов конечными рядами Фурье.

Принимая за факторную переменную А! = ! ш - ^ и за результативную переменную О[, на основе статистической обработки данных по малому объему выборки (Ы = 14) получим математическую модель О„(А0 в виде уравнения линейной регрессии:

О = а(1, - I

Ь 4 ПГ в)

(2)

где а = 3,265 • 104 Вт/оС.

Полученный коэффициент корреляции г = 0,962 свидетельствует о весьма тесной связи между факторной и результативной переменной по шкале Чэддока. При этом относительные ошибки на узлах колеблются от -4,9 до 4,3% при допустимом значении +10%. Таким образом, построенная математическая модель в целом адекватна, и выводы, полученные по результатам малой выборки, можно с веро-

ЖИЛИЩНОЕ

Научно-технический и производственный журнал

Л

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ятностью 0,95 распространить на всю гипотетическую генеральную совокупность.

Расход тепловой энергии на отопление здания за расчетный отопительный период О^, кДж/год, определяется по формуле:

QZ = 86,4аМм - р+ Qs )zh

(3)

где Mht - градусо-сутки отопительного периода, оС • сут/год, определяемые по формуле:

Mht = {CS-tM)2

(4)

где = 20оС - расчетная температура внутреннего воздуха; = -2,4оС - средняя температура наружного воздуха за отопительный период; = 177 сут/год - продолжительность отопительного периода; (Зл - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления (по СНиП 23-02-2003 Р„ = 1,07).

Расчет по формуле (3) дает Оуь = 8,22 • 109 кДж/год.

Фактический удельный расход тепловой энергии МДж/(м3-год), на отопление здания за расчетный отопительный период определяется по формуле:

10 "3Олу

Vh

(5)

Qhv.

.10 '3QZzht Vh '

(6)

где О^ - средний суточный расход тепловой энергии на горячее водоснабжение, определяемый по результатам измерений (табл. 1).

Фактический удельный расход электрической энергии за расчетный отопительный период де, МДж/(м3-год), определяется по формуле:

Qe=-

10~3Q"

<-ht

vh

(7)

где О™ - средний суточный расход электрической энергии, кДж/сут, определяемый по результатам измерений (табл. 2).

Результаты определения энергетических показателей здания за отопительный период приведены в табл. 3.

Анализ представленной в табл. 3 структуры энергозатрат показывает, что наибольший вес в энергопотреблении здания имеет отопление. По мере заселения дома следует ожидать рост энергопотребления на горячее водоснабжение и электроснабжение.

В нормативных документах оценка энергоэффективности зданий производится по величине отклонения фактического значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормируемого. Согласно табл. 9 СНиП 23-02-2003 нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания <7^ = 25 кДж/(м3-оС • сут), что в пересчете на заданные климатические условия (при Ми = 3965 оС • сут/год) дает Я^ = 99,1 МДж/(м3^ год). Отклонение фактического значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормируемого -4,7%. Со-

Таблица 3

Фактические удельные энергетические показатели здания

Показатель Обозначение показателя Значение показателя

МДж/(м3год) %

Расход тепловой энергии на отопление здания qh 94,5 64,8

Расход тепловой энергии на горячее водоснабжение qhw 29,2 20

Расход электрической энергии qe 22,2 15,2

Итого q 146 100

Сравнение расчетных и фактических удельных показателей здания

Таблица 4 энергетических

где V/, - отапливаемый объем здания по проекту.

Фактический удельный расход тепловой энергии на горячее водоснабжение за расчетный отопительный период МДж/(м3-год), определяется по формуле:

Показатель Значение показателя, МДж/(м3год) Отклонение расчетного значения показателя от фактического, %

фактическое расчетное

Расход тепловой энергии на отопление здания 94,5 92,4 -2,2

Расход тепловой энергии на горячее водоснабжение 29,2 27,3 -6,5

Расход электрической энергии 22,2 24,1 +8,6

Итого 146 144 -1,4

гласно п. 4.5 СНиП 23-02-2003 класс энергоэффективности здания - С (нормальный). Таким образом, по результатам энергоаудита установлено, что обследованное здание соответствует нормативному требованию.

Полученные результаты измерений использованы для тестирования методики расчета энергетических показателей здания [7-9]. Расчет выполнен по компьютерной программе «ЭНПАС» [10] при следующих исходных данных:

- расчетная температура внутреннего воздуха tfnets = 20оС;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период tht = -2,4оС;

- продолжительность отопительного периода zht = 177 сут/год;

- градусо-сутки отопительного периода Mht = 3965 оС • сут/год;

- отапливаемый объем здания Vh = 87000 м3;

- средняя кратность воздухообмена в рабочее время u = 0,7 ч-1;

ven ' '

- удельные внутренние бытовые тепловыделения в здании qjnt = 23,6 МДж/(м3 • год);

- удельные теплопоступления в здание за счет солнечной радиации qs = 16,2 МДж/(м3-год);

- норма расхода горячей воды в средние сутки qhwo = 115 л/ (сут • ед. изм.);

- удельная расчетная электрическая нагрузка qeo = 0,7 кВт/(ед. изм.);

- число потребителей горячей воды Nhw = 560 ед. изм.;

- число потребителей электрической энергии Ne = 560 ед. изм.;

- коэффициенты [9] kR = kven = khw = 1; ke = 0,35; n = 0,8.

В расчете использованы проектные значения площади А, м2, и приведенного сопротивления теплопередаче ñ/¡fs, м2

я2-оС/Вт для наружных ограждающих конструкций: наружных стен ■

- A1 = 14274; fí£fs = 2,36;

6'2012

21

Доклады IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Результаты расчета удельных энергетических показателей здания

Таблица 5

Наименование показателя Значение показателя, МДж/(м3год), по вариантам расчета

1 2

Теплопотери через оболочку здания 50,6 50,6

Теплопотери за счет вентиляции и инфильтрации воздуха 73,6 42,1

Внутренние бытовые теплопоступления 23,6 23,6

Теплопоступления за счет солнечной радиации 16,2 16,2

Расход тепловой энергии на отопление здания 92,4 60,8

Расход тепловой энергии на горячее водоснабжение 27,3 27,3

Расход электрической энергии 24,1 24,1

Расход тепловой и электрической энергии 144 112

- A5 = 940; = 1,55;

- A6 = 32; = 3,37.

- окон и балконных дверей - А2 = 2979; = 0,51;

- наружных дверей в лестнично-лифтовых узлах А3 = 26,6; Я^5 = 0,54;

- покрытия - А4 = 1093;

- перекрытий над подвалом

- перекрытий под эркерами 6

- приведенное сопротивление теплопередаче оболочки здания = 1,5 м2^ оС/Вт.

Результаты сравнения расчетных и фактических значений энергетических показателей здания за отопительный период приведены в табл. 4.

Анализ полученных результатов энергоаудита показывает (табл. 4), что расчетные значения энергетических показателей, полученных по методике, разработанной автором, хорошо согласуются с фактическими.

Анализ структуры теплопотерь через оболочку здания, полученной расчетом по компьютерной программе [10], показывает, что наибольшие теплопотери происходят вследствие инфильтрации воздуха. Они превышают даже трансмиссионные теплопотери, что объясняется повышенной воздухопроницаемостью светопрозрачных ограждающих конструкций и наружных дверей. Поэтому повысить энергоэффективность здания можно прежде всего за счет снижения инфильтрационных теплопотерь. В табл. 5 приведены результаты расчета удельных энергетических показателей здания за отопительный период по двум вариантам: 1) при и , = 0,7 ч-1; 2) и , = 0,4 ч-1.

увп1 ' ' ' увп2 '

Анализ данных табл. 5 показывает, что уменьшение кратности воздухообмена (вариант 2) за счет уплотнения притворов ограждающих конструкций снижает инфиль-трационные теплопотери на 42,8%; расход тепловой энергии на отопление здания на 34,2%; общий расход энергии на эксплуатацию здания на 22,2%. Это позволит повысить энергоэффективность здания до класса В.

Полученные результаты энергоаудита включены в энергетический паспорт здания и использованы для обоснования его энергоэффективности.

2. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. М.: АСВ, 2009. 296 с.

3. Валанчюс К., Паулаускайте С., Вайчайтис А. Анализ детального энергетического аудита зданий университета // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 50-58.

4. Tenpieric M., Van der Spoel W., Cauberg H. An Analytical Model for Calculating Thermal Bridge Effects in High Performance Building Enclosure // Journal of Building Physics. 2008. 31. P. 361-387.

5. Cheng Y., Nin J., Gao N. Thermal comfort models: A review and numerical investigation // Building and Environment. 2012. Vol. 47. P. 13-22.

6. Alajmi A. Energy audit of an educational building in a hot summer climate // Energy and Buildings. 2012. Vol. 47. P. 122-130.

7. Корниенко С.В. Снижение теплопотерь за счет совершенствования краевых зон ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2010. № 3. С. 31-32.

8. Корниенко С.В. Оценка энергоэффективности с учетом влияния краевых зон ограждающих конструкций на теплопотери здания // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 167-173.

9. Корниенко С.В. Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь в краевых зонах ограждающих конструкций / Научное издание. Волгоград: ВолгГАСУ, 2011. 108 с. (ISBN 978-5-98276-420-1).

10. Корниенко С.В. Энергетический паспорт здания (ЭНПАС) // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610351 от 10.01.2012 г.

С/О/юйка

нисхерстио строитепьст

4/1 И Ж ИЛИ ЩИ О-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА САРАТОВСКОМ ОБЛАСТИ

нистёрство транспорта и ДОРОЖНОГО

ХОЗЯЙСТВА САРАТОВЕ КОК РЕПАСТТ4

ГАУ <Агйнтсчо змргосбврв'тсннЯ' Саратсмий облаем Саратовский гткударстаниый такнтмжим умюерсктет

Список литературы

Гагарин В.Г., Козлов В.В. Перспективы повышения энергетической эффективности жилых зданий в России // Вестник МГСУ. 2011. № 3. Т. 1 С. 192-200.

I * | Выставочный Центр г Ы ■«СОФИТ-ЭКСПО»1 L-M-J тел.: (5452) 2С1В-Э26 I *ЮЗ httpr/yexpo.eoflt.ru